(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
洋上浮遊体に取付けられるウィンチ等の荷役機構と、当該荷役機構より引き出され吊荷を懸架するワイヤロープと、当該ワイヤロープの引き出し量を変化させ吊荷を下降または上昇させるように前記荷役機構を制御する制御手段とを具備するものであって、前記制御手段が、前記吊荷に設けられる海底との距離を測る水中高度検出部と、前記吊荷の水中高度を制御するためのワイヤロープの引き出し量補正値を前記水中高度検出部からの検出値に基づいて出力する高度補正指令部とを備え、当該高度補正指令部からの出力値をフィードバックして前記荷役機構の制御を行うことを特徴とする洋上荷役システム。
【請求項２】
前記制御手段が、前記洋上浮遊体に設けられる上下動検出部と、前記吊荷の上下動を抑制するためのワイヤロープの引き出し量補正値を前記上下動検出部からの検出値に基づいて出力する上下動補正指令部とをさらに備え、当該上下動補正指令部からの出力値をもフィードバックして前記荷役機構の制御を行うことを特徴とする請求項１の洋上荷役システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶や洋上浮体構造物に設置されるウィンチやクレーン等の荷役機構において、波やうねりなどの影響を受けることなく、水中の吊荷を安定して保持することが可能な荷役システム及びこれを備えた洋上浮遊体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
船舶や洋上浮体構造物に設置されるウィンチやクレーン等の荷役機構を用いて、水中の吊荷を安定して保持するための装置として、特許文献１に示すものが提案されている。
【０００３】
このものは、フローティングクレーンのブームより垂下させたワイヤロープに物品を吊り下げて作業を行うときに、フローティングクレーンが上下に揺動することによってブームに作用する上下方向の加速度を検知し、この加速度からブームの上下方向の変位量を求め、前記変位量を相殺するように油圧モータを制御することによってワイヤロープを巻き出しあるいは巻き取ることによりフローティングクレーンの上下揺動による物品変位すなわち物品の揺動を抑制するようにしたものである。かかる物品を水中の吊荷に置き換えれば、洋上で当該吊荷を安定に保持することが期待できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−１９１２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、洋上で用いる荷役システムであっても、単に水上から水中にかけての荷の昇降だけを目的とするものにとどまらず、ある一定の水中高度で荷を安定的に保持させるような方法で使用する場合もある。例えば、水中の調査用機器を架台に載せた状態で水中に降ろし、一定の高さを維持しつつ使用する場合が想定される。そのため、一定の水中高度で維持しようとするときは、機器の測定不良や故障が生じないよう架台の上下動を抑制しつつ、不意の海底への接触などによる衝撃が生じないようにすることが必要となる。
【０００６】
以上のような使用方法を想定し、荷役機構を用いて水中に吊り下げる吊荷を支持する構成を考えた場合、上述の技術のみでは不十分な点がある。
【０００７】
具体的には、上述の技術では洋上のクレーンのブームにのみ着目して制御を行っているため、実際の水中の吊荷の状態を正確に制御に反映することができていない。すなわち、ブームに働く加速度のみを頼りに制御を行おうとした場合、吊荷の高さ方向位置について誤差が累積し、正確に目的の高さ位置に吊荷を保持することが不能となり、最悪の場合には海底に衝突する危険も生じる。また、深海近くにまで吊荷を降ろした場合には、ワイヤロープを引き出した長さの分だけ上下動補正の反応遅れが生じて上下動の抑制効果が不十分となることや、潮流の影響を受けて水中のみで吊荷が上下動するなどの問題もある。
【０００８】
本発明は、このような課題を有効に解決することを目的としており、具体的には、精度良く吊荷の上下動を抑制しつつ一定の水中高度を維持することができることと、海底への予期せぬ衝突を生じさせないことが可能な洋上荷役システム及びこれを備えた洋上浮遊体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【００１０】
すなわち、本発明の洋上荷役システムは、洋上浮遊体に取付けられるウィンチ等の荷役機構と、当該荷役機構より引き出され吊荷を懸架するワイヤロープと、当該ワイヤロープの引き出し量を変化させ吊荷を下降または上昇させるように前記荷役機構を制御する制御手段とを具備するものであって、前記制御手段が、前記吊荷に設けられる海底との距離を測る水中高度検出部と、前記吊荷の水中高度を制御するためのワイヤロープの引き出し量補正値を前記水中高度検出部からの検出値に基づいて出力する高度補正指令部とを備え、当該高度補正指令部からの出力値をフィードバックして前記荷役機構の制御を行うことを特徴とする。
【００１１】
このように構成すると、ワイヤロープの長さによる反応遅れを生じさせずに精度良く吊荷の上下動を抑制させるとともに、誤差を累積させることなく任意の水中高度を維持させることが可能となる。さらには、海底からの距離を常時把握することで予期せぬ海底との衝突を防止することができる。
【００１２】
さらに、より一層精度良く吊荷の上下動を抑制するためには、前記制御手段が、前記洋上浮遊体に設けられる上下動検出部と、前記吊荷の上下動を抑制するためのワイヤロープの引き出し量補正値を前記上下動検出部からの検出値に基づいて出力する上下動補正指令部とをさらに備え、当該上下動補正指令部からの出力値をもフィードバックして前記荷役機構の制御を行うように構成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明した本発明によれば、水中の吊荷と海底との距離を検出しつつ、これを用いて水中高度制御を行っているため、ワイヤロープの長さによる反応遅れが生じず精度良く吊荷の上下動を抑制することが可能であるとともに、誤差を累積することなく目標の水中高度を一定に維持させ、予期せぬ海底との接触を防止することが可能な洋上荷役システム及びこれを備えた洋上浮遊体を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る洋上荷役システムの模式的な構成図。
【図２】本発明の第２実施形態に係る洋上荷役システムの模式的な構成図。
【図３】図１および図２とは別の実施形態に係る洋上荷役システムの模式的な構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の第１実施形態に係る洋上荷役システムのシステム構成を模式的に示す図である。この荷役システムは洋上浮遊体である船舶２に備え付けられた荷役機構としてのウィンチＷ１と、ウィンチＷ１から引き出されるワイヤロープ５１１と、ウィンチＷ１を制御してワイヤロープ５１１の引き出し量を変化させる制御手段６とを備える。ワイヤロープ５１１は水中に垂下し、吊荷５２を懸架している。
【００１７】
本実施形態における吊荷５２は、その上に図示しない荷物を積載することが可能なように平板状の架台として構成しており、ワイヤロープ５１１は吊荷５２の近くで４本に分岐し、吊荷５２のほぼ四隅と連結している。
【００１８】
ウィンチＷ１は、大きくはワイヤロープ５１１が巻かれた形態で収納されるウィンチドラム４１１と、そのウィンチドラム４１１を駆動させるための機構としてのモータ４２１および減速機４３１と、そのモータを駆動させるインバータ４５１と、ウィンチドラム４１１から繰り出されるワイヤロープ５１１をガイドして目的の場所に垂下させるシーブ４４１とから構成される。
【００１９】
そして、このウィンチＷ１を動作させるため、制御手段６によって制御を行っている。この制御手段６は、ウィンチＷ１に対する基準指令値を決定し出力する揚程指令部８１と、この基準指令値に巻太りによるウィンチドラム４１１の径変化分等の補正を加えて出力する周速補正指令部８７１と、この周速補正指令部８７１に向けて補正指令を与えるためのフィードバック回路部Ｆ１とを有し、周速補正指令部８７１からはウィンチドラム４１１を駆動させるための周速指令値がインバータ４５１に向けて出力される。
【００２０】
揚程指令部８１においては、図示しない入力部より、吊荷５２を降下させる際の目標となるワイヤロープ５１１の引き出し量または水面３１からの距離、ワイヤロープ５１１の引き出し速度などの情報を得て、それらを基にウィンチＷ１のインバータ４５１に向けて基準指令値を出力する。
【００２１】
そして、フィードバック回路部Ｆ１は次のような基本構成をとる。まずインバータ４５１は上記の揚程指令部８１からの基準指令値に基づきモータ４２１を制御するが、このときモータ４２１に取り付けられたレゾルバ４６１による信号をインバータ４５１にフィードバックしつつ制御値を補正する。また、ウィンチドラム４１１にはアブソリュートエンコーダ４７１が取り付けてあり、ウィンチドラム４１１の回転角に対応する信号を周速補正指令部８７１に出力する。周速補正指令部８７１では、ウィンチドラム４１１の回転角からワイヤロープ５１１の巻太りによるウィンチドラム４１１の径変化分を換算した上で、その分インバータ４５１への周速指令値が補正されて出力されるようにしている。さらに、シーブ４４１にはパルスジェネレータ４８１が取り付けられ、そこで検知した回転数も周速補正指令部８７１にフィードバックして用いている。
【００２２】
以上のように基本構成された荷役システムは、揚程指令部８１より出力される基準指令値を基にして、パルスジェネレータ４８１で検知するシーブ４４１の回転数から算出できるワイヤロープ５１１の引き出し量を監視しながら、それが目標値となるようにモータ４２１の駆動を制御する。その際、アブソリュートエンコーダ４７１の出力値によりウィンチドラム４１１の回転数を監視し、その値をフィードバックすることで制御値の補正を行う。なお、アブソリュートエンコーダ４７１に代えてパルスエンコーダを用いて同様に構成することも可能であるが、停電等からの復帰時を考慮した場合には、絶対位置を検出できるアブソリュートエンコーダ４７１を用いることが好適である。
【００２３】
さらに、本実施形態においては、制御手段６が、吊荷５２に設けた水中高度計６５１を備えるとともに、目標の水中高度を入力することによって上記揚程指令部８１に代わって新たな基準指令値を与える水中高度指令部８８と、これらより得られたデータを比較しつつワイヤロープ５１１の引き出し量補正値を決定する高度補正指令部８９と、当該高度補正指令部８９より出力される補正値を基にインバータ４５１の制御値を変更するフィードバックループをフィードバック回路部Ｆ１の中に備えている。
【００２４】
ここで、水中高度とは、鉛直方向（図中のＺ方向）における海底３２から吊荷５２までの距離をいう。以下、図中の座標軸に従って説明を進める。
【００２５】
揚程指令部８１からの命令により、吊荷５２を所定のワイヤロープ５１１の長さ分降ろし、上記水中高度計６５１による計測が可能になった場合に、水中高度指令部８８より目標の水中高度を入力すると、当該水中高度を基準指令値とした制御に切り替わる。このとき、上記水中高度計６５１では、海底３２と吊荷５２との間の距離Ｈを測定して水中高度値として高度補正指令部８９に出力し、高度補正指令部８９では水中高度指令部８８により与えられる目標水中高度と上記水中高度値とを比較しながら、その偏差に応じてワイヤロープ５１１の引き出し量の補正値を決定して高度補正値として出力するように構成している。
【００２６】
さらに、本実施形態においては、制御手段６が、洋上浮遊体である船舶２の上に設けた上下動検出部として１軸型の加速度センサ６１１を備え、当該加速度センサ６１１より得られたデータを基にワイヤロープ引き出し量の補正量を決定する上下動補正指令部８２と、当該上下動補正指令部８２より出力される補正値を基にインバータ４５１の制御値を変更するフィードバックループをフィードバック回路部Ｆ１の中に備えている。ここで、本発明において「上下動」とは、重心位置が鉛直上方向または鉛直下方向に移動することをいい、図１の右下に記載した座標軸に従えばｚ軸方向の移動をいうこととする。そして、上記の加速度センサ６１１はｚ軸方向の加速度ａｚを測定が可能なものである。
【００２７】
上述の加速度センサ６１１により検出された加速度ａｚは積分器７１１を通って、船舶２の上下動速度として上下動補正指令部８２に入力される。そして、上下動補正指令部８２では、船舶２の上下動による影響を相殺して吊荷５２に上下動が生じないようにワイヤロープ５１１の引き出し量の補正量を決定し、上下動補正値として出力するように構成している。この上下動補正値は、水中高度を用いた制御を開始する前の揚程指令部８１から出力される基準指令値に対しても補正量として加えられるとともに、水中高度を用いた制御に切り替えた後の基準指令値に対しても補正量として加えられる。
【００２８】
そして、基準指令値に対してこれらの補正を加えた後に、周速補正指令部８７１に入力し、当該周速補正指令部８７１では上述したような他のフィードバック信号を含めて制御指令値を決定した上でインバータ４５１に出力するようになっている。
【００２９】
上記のような制御システムを構成することによって、具体的には次のような制御を行う。
【００３０】
まず、揚程指令部８１より目標の水中高度から十分な余裕をとってワイヤロープ５１１の引き出し量を設定し、吊荷５２を当該引き出し量になるまで下降させていく。
【００３１】
目標のワイヤロープ引き出し量に達し、水中高度計６５１が正常に検知していることを確認した後、水中高度指令部８８より目標の水中高度を入力する。ウィンチＷ１は水中高度計６５１により測定する水中高度値を監視しながら指令値に従ってワイヤロープの巻出しを行う。この際、高度補正指令部８９は目標の水中高度近くに到達するまではウィンチＷ１からのワイヤロープ５１１の巻出しを継続させ、偏差が小さくなった場合には減速させ、偏差が無くなった場合には巻出しを止めるよう補正指令値を出力する。
【００３２】
さらに、吊荷５２を一定の水中高度で保持しようとする場合においても、目標の水中高度と水中高度計６５１による検出値とを常に比較しながらウィンチＷ１への制御値にフィードバックするため、精度良く同じ水中高度を保ち上下動を抑制することができる。また、吊荷５２を水中に懸架した状態で船舶２が移動した場合であっても、常に海底３２との距離を測定しつつその水中高度を一定に保つために、海底３２と吊荷５２の衝突を防止することができる。こうした海底３２との衝突防止を狙った制御を行うにあたり、図２のように、水中高度計６５１を吊荷５２の底面積以上の一定領域Ａの海底３２を同時に検知しつつ当該領域Ａ内での吊荷５２との最小距離Ｈｍｉｎを検出可能なものとすることにより、より一層海底３２との衝突の危険を減少させることもできる。
【００３３】
さらに、図１にもどって、上記のように船舶２側に設けた加速度センサ６１１により、船舶２の上下動を検出し、この上下動による吊荷５２への影響を相殺するようにワイヤロープ５１１の引き出し量を補正するようにしてあるため、波の影響等により船舶２が上方に移動した際には、その分ワイヤロープ５１１を引き出し、船舶２が下降した際にはワイヤロープ５１１を巻き取るように制御する。
【００３４】
こうした、船舶２の上下動の補正は、上述したように揚程指令部８１からの基準指令値にも、水中高度指令部８８からの基準指令値に対しても補正量として加わるように構成してある。そのため、揚程指令部８１からの指令に基づいて所定のワイヤロープ引き出し量となるように吊荷５２を下降させている場合でも、船舶２の上下動を加速度センサ６１１で検知し、これを相殺するようにワイヤロープ５１１の引き出し速度に補正を加えるため、一定速度で下降させることができる。また、水中高度指令部８８からの指令に基づいて、所定の水中高度となるようにワイヤロープ５１１の引き出し量を制御している場合であっても、船舶２の上下動を相殺するようにワイヤロープ５１１の引き出し速度に補正を加えるため、不要な加減速を吊荷５２に与えることはない。また、一定の水中高度を保持しようとしている場合においても、船舶２の上下動を相殺することで、吊荷５２の水中高度を維持させるように働く。
【００３５】
このような加速度センサ６１１を主体とした制御は、上記水中高度検知を主体とする制御と比較して、吊荷５２の絶対的な高さ方向位置を検知できるものではないが、細かな上下動を検知して抑制できるという利点があり、双方の制御を同時に行うことで、さらに精度良く水中高度の保持および上下動の変動抑制が可能となっている。
【００３６】
以上のように、本実施形態に係る洋上荷役システムは、船舶２に取付けられるウィンチＷ１と、当該ウィンチＷ１より引き出され吊荷５２を懸架するワイヤロープ５１１と、当該ワイヤロープ５１１の引き出し量を変化させ吊荷５２を下降または上昇させるように前記ウィンチＷ１を制御する制御手段６とを具備するものであって、前記制御手段６が、前記吊荷５２に設けられる海底３２との距離を測る水中高度検出部６５１と、前記吊荷５２の水中高度Ｈを制御するためのワイヤロープ５１１の引き出し量補正値を前記水中高度検出部６５１からの検出値に基づいて出力する高度補正指令部８９とを備え、当該高度補正指令部８９からの出力値をフィードバックして前記ウィンチＷ１の制御を行うように構成したものである。
【００３７】
このように構成しているため、直接吊荷５２と海底３２との距離を測定し、これを基にワイヤロープ５１１の引き出し量の補正を行うことで、ワイヤロープ５１１の長さによる反応遅れを生じさせず精度良く吊荷の上下動を抑制することができるとともに、誤差を累積させることなく任意の水中高度を維持させることが可能となる。さらには、海底３２からの距離を常に把握することができるために、予期せぬ海底３２との衝突を防止することができる。
【００３８】
さらに、前記制御手段６が、前記船舶２に設けられる上下動検出部６１１と、前記吊荷５２の上下動を抑制するためのワイヤロープ５１１の引き出し量補正値を前記上下動検出部６１１からの検出値に基づいて出力する上下動補正指令部８２とをさらに備え、当該上下動補正指令部８２からの出力値をもフィードバックして前記ウィンチＷ１の制御を行うように構成しているため、より一層精度良く吊荷５２の上下動を抑制することが可能である。
【００３９】
なお、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではない。
【００４０】
例えば、上述の実施形態においては、１本のワイヤロープ５１１で吊荷５２を懸架していたが、図３に示すように、２機のウィンチＷ１、Ｗ２から引き出される２本のワイヤロープ５１１、５１２によって吊荷５２を協働して懸架する構成としてもよい。この場合には、２機のウィンチＷ１、Ｗ２は共に上述したような構成を採り、共通の揚程指令部８１より基準指令値を得た上で、個別に構成したフィードバック回路部Ｆ１（Ｆ２）によって周速の補正指令を受けとりつつ駆動するように構成すればよい。さらに、ウィンチを２機以上設けて同様に構成することも可能である。
【００４１】
また、本発明は上述の実施形態で挙げた船舶２だけに限らず、他の洋上浮体構造物など一般的な洋上浮遊体においても適用可能である。
【００４２】
また、本発明における荷役機構としてウィンチＷ１、Ｗ２に代えてクレーンを用いても良く、上述の実施形態と同様の荷役システムとして構成することが可能である。
【００４３】
その他の構成も本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【符号の説明】
【００４４】
２…船舶（洋上浮遊体）
５２…吊荷
８１…揚程指令部
８２…上下動補正指令部
８８…水中高度指令部
８９…高度補正指令部
４１１…ウィンチドラム
４２１…モータ
４５１…インバータ
５１１、５１２…ワイヤロープ
６１１…加速度センサ
６５１…水中高度計
【図１】
0005691676.tif 000002
【図２】
0005691676.tif 000003
【図３】
0005691676.tif 000004